CN201935761U - 一种压力机吨位监控仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种压力机吨位监控仪。它由应变电桥、调零电路、放大电路、采样电路、A/D转换电路、单片计算机及外围电路(包括显示、按键、存储、通讯模块)、工作电源组成。其原理是采用直流全桥测量方案，由电阻应变计组成桥臂，将机床应变引起的电阻变化转换为电压信号；该电压信号经过放大、采样保持等信号处理后进行A/D转换，由单片计算机读出其值并通过显示单元显示。该吨位监控仪体积小巧，可直接安装在压力机立柱上；系统全部采用串行接口芯片，由译码器进行片选，利用单片计算机的普通I/O口模拟串行口实现与各芯片的数据传输，电路设计简单可靠，连接线少，成本低廉；同时结合数字电位器和运算放大器实现自动调零。

Description

一种压力机吨位监控仪
技术领域
本发明属于机电设备领域，具体涉及一种基于单片机的压力机吨位监控仪。
背景技术
锻压设备在工业生产中的应用日益广泛，其使用寿命也成为备受关注的问题。许多情况下，设备的损坏往往由打击力过大、长期超过许用载荷引起。为此，吨位监测就成为确保正常生产和设备安全的必要措施。通过对打击力的实时监控，一方面可有效防止锻压设备超载损坏，充分发挥设备的生产能力；另一方面可作为锻压生产工艺的监测手段，及时发现生产中的异常变化，从而提高模具的使用寿命和产品质量。目前普遍使用的吨位监控仪，一般是利用粘贴在机身上的电阻应变片组成的应变电桥经信号处理电路制成的，但存在以下几个问题：
1)选用的元器件接口种类各异，造成连接线过多，从而潜在的故障源也增多。
2)体积较大，控制箱不能安装在机身上，和应变电桥分离，因距离较远应变引起的微弱电信号在传输过程中容易衰减。
3)放大电路一般采用单级放大电路，噪声信号易同时放大，且每次上电需要手动重新调零。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种基于单片机的压力机吨位监控仪，旨在解决目前采用的吨位监控仪存在的连接线过多、体积较大和手动调零等问题。
本实用新型是这样实现的，一种基于单片机的压力机吨位监控仪，它由应变电桥、调零电路、放大电路、采样及A/D转换电路、单片计算机及外围电路(包括显示、按键、存储、通讯模块)、工作电源组成。所述应变电桥的桥臂由电阻应变计组成，应变电桥采用全桥桥接方式，电阻应变计通过应变胶粘贴在机床立柱上，应变电桥由恒压源激励，通过调零电路使电桥达到平衡状态后对压力机打击力进行测量；压力机打击时，应变电桥产生的微电压信号经放大电路放大后得到一定量程范围内的电压信号；采样电路将电压信号最大值保持，并经过A/D转换、数值滤波处理后，由微型控制器读取并通过显示单元显示。
调零电路用于调整因桥臂电阻个体差异引起的电桥不平衡，包含由电阻RJJ1、可变电阻器RP1组成的手动调零电路和由数字电位器MCP41100，放大器OPA27组成的自动调零电路；放大电路实现二级放大，包括初级放大电路和二级放大电路。初级放大电路由AD524实现，二级放大电路由OP07实现，并通过数字电位器MCP42100实现增益的自动调整；采样及A/D转换电路由PKD01、OPA27GP和ADS7818组成，PKD01输出的采样信号经过OPA27GP实现的输出缓冲器提供给ADS7818做A/D转换；单片机AT89C4051作为微型控制器，其外围电路包括显示、按键、存储、通讯等模块。显示控制芯片选用MAX7221，该芯片采用动态扫描方式控制5个数码管显示。按键电路采用按钮功能复用技术，只有功能键、上翻和下翻键，三键配合可完成调整显示内容、调整放大倍数、获取设备型号、查阅历史记录等功能。永久数据存储芯片选用X5645芯片，实现一定数量的打击力的掉电保存，同时实现系统监控功能。通讯模块运用SN65HVD3082EP芯片实现RS485通讯。为节约空间，减少I/O数量，系统全部采用串行接口芯片，通过译码器74AHC138进行片选，利用AT89C4051的普通I/O口模拟串行口实现与各芯片的数据传输。
本实用新型的工作原理是电阻应变计通过专用应变胶粘贴在机床立柱上，由应变计组成的直流全桥由稳压源激励，通过调零电路使电桥达到平衡状态后即可对压力机打击力进行测量。压力机打击时，应变电桥产生的微电压信号经放大电路放大后得到一定量程范围内的电压信号；采样电路将电压信号最大值保持，并经过A/D转换、数值滤波等处理后，由微型控制器读取并通过显示单元显示。该吨位监控仪体积小巧，可直接安装在压力机立柱上；电路设计简单可靠，成本低廉。该吨位监控仪体积小巧，可直接安装在压力机立柱上；系统全部采用串行接口芯片，由译码器进行片选，利用单片计算机的普通I/O口模拟串行口实现与各芯片的数据传输，电路设计简单可靠，连接线少，成本低廉；同时结合数字电位器和运算放大器实现自动调零。
附图说明
图1是本实用新型的原理图。
图2是本实用新型一具体实施方式的调零及放大电路图。
图3是本实用新型一具体实施方式的采样及A/D转换电路图。
图4是本实用新型一具体实施方式的单片计算机及外围电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
参见图1，一种基于单片机的压力机吨位监控仪，它由应变电桥、调零电路、放大电路、采样及A/D转换电路、单片计算机及外围电路（包括显示、按键、存储和通讯模块）、工作电源组成。所述应变电桥的桥臂由电阻应变计组成，应变电桥采用全桥桥接方式，电阻应变计通过应变胶粘贴在机床立柱上，应变电桥由恒压源激励，通过调零电路使电桥达到平衡状态后对压力机打击力进行测量；压力机打击时，应变电桥产生的微电压信号经放大电路放大后得到一定量程范围内的电压信号；采样电路将电压信号最大值保持，并经过A/D转换、数值滤波处理后，由微型控制器读取并通过显示单元显示。
图2是本实用新型一具体实施方式的调零及放大电路图。调零电路用于调整因桥臂电阻个体差异引起的电桥不平衡，包括手动调零电路和自动调零电路。手动调零电路由电阻RJJ1、可变电阻器RP1组成，直接通过调整电桥输出(Uin+-Uin-)实现调零；自动调零电路由数字电位器MCP41100和放大器OPA27实现，通过单片计算机自动调整MCP41100阻值，从而调整二级放大电路的偏置参考电压Vref1，实现自动调零。放大电路包括初级放大和二级放大电路两部分。初级放大电路由AD524实现，拨码开关SW1和可变电阻器RP3用于调整初级放大电路的固定增益(1,10,100,1000)和可变增益(100-1000)，可变电阻器RP4和RP5分别调整初级放大电路的输入和输出失调电压。二级放大电路采用由放大器OP07和双数字电位器MCP42100(即Rd2和Rd1)组成的差分放大器实现，保证RJJ4=RJJ3，Rd2=Dd1，实现电路结构完全对称，从而抑制共模干扰并减小温度漂移。二级放大电路的增益为Rd2/RJJ4=Rd1/RJJ3，数字电位器MCP42100的阻值可通过单片计算机改变，从而实现放大增益的动态调整，保证二级放大电路的对称性并显著改善电路温度性能。箝压二极管DZ1保证放大器输出Vout2不超过限定电压，以防损坏其它工作芯片。
图3是本实用新型一具体实施方式的采样及A/D转换电路图。压力机打击时机床的变形瞬时发生，须将放大后的信号Vout2的峰值采样并保持，以供给A/D转换电路。采样电路由PKD01实现，PKD01的RST和/DET端子用于实现复位和采样，由单片计算机的I/O口控制。峰值采样后的信号Vout3经由OPA27组成的输出缓冲电路缓冲后得到Vout信号，传送至A/D转换芯片ADS7818的输入端+In。
图4是本实用新型一具体实施方式的单片计算机及外围电路图。外围电路包括显示、按键、掉电存储和通讯模块。显示控制芯片选用MAX7221，该芯片采用动态扫描方式控制5个数码管显示。按键模块采用按钮功能复用技术，由电阻电路实现，只有功能键KeyCnt、上翻KeyUp和下翻键KeyDn，三键配合可完成调整显示内容、调整放大倍数、获取设备型号、查阅历史记录等功能。永久数据存储芯片选用X5645芯片，实现一定数量的打击力的掉电保存，同时具备系统监控复位功能，并能实现手动复位，X5645的复位信号输出端RS连接至AT89C4051复位端RST。通讯模块运用SN65HVD3082EP芯片实现RS485通讯。为节约空间，减少I/O数量，系统全部采用串行接口芯片。译码器74AHC138用于片选，AT89C4051的P1.1，P1.0，P3.7口分别接74AHC138的地址输入口A，B，C，74AHC138的输出口Y0，Y1，Y2，Y3，Y4分别连接至X5645的片选端/CS，MCP41100的的片选端/CS，MCP42100的的片选端/CS，MAX7221的片选端/CS，SN65HVD3082EP的/RE和DE输入端。AT89C4051的普通I/O口P1.5，P1.6分别模拟串行口的时钟信号VSCK，数据信号VSI，分别连接至各芯片的时钟输入端和数据输入端，实现与各芯片的数据传输。74AHC138的输出口Y5，Y6，Y7预留使用，便于扩充其它功能。

Claims (5)

1.一种压力机吨位监控仪，其特征在于，它由依次串联的应变电桥、调零电路、放大电路、采样及A/D转换电路、单片计算机及外围电路和工作电源组成；外围电路包括显示、按键、存储和通讯模块；
　　所述应变电桥的桥臂由电阻应变计组成，应变电桥采用全桥桥接方式，电阻应变计通过应变胶粘贴在机床立柱上，应变电桥由恒压源激励，通过调零电路使电桥达到平衡状态后对压力机打击力进行测量；压力机打击时，应变电桥产生的微电压信号经放大电路放大后得到一定量程范围内的电压信号；采样电路将电压信号最大值保持，并经过A/D转换、数值滤波处理后，由微型控制器读取并通过显示单元显示。
2.如权利要求１所述的压力机吨位监控仪，其特征在于，所述调零电路，包括由电阻RJJ1、可变电阻器RP1组成的手动调零电路和由数字电位器MCP41100、放大器OPA27组成的自动调零电路。
3.如权利要求１所述的压力机吨位监控仪，其特征在于，所述放大电路，包括初级放大电路和二级放大电路；初级放大电路由放大器AD524实现，二级放大电路由放大器OP07实现，并通过数字电位器MCP42100实现增益的自动调整。
4.如权利要求１所述的压力机吨位监控仪，其特征在于，所述采样及A/D转换电路，它由芯片PKD01、放大器OPA27GP和转换芯片ADS7818组成，芯片PKD01输出的采样信号经过放大器OPA27GP实现的输出缓冲器提供给转换芯片ADS7818做A/D转换。
5.　　如权利要求１所述的压力机吨位监控仪，其特征在于，所述单片计算机及外围电路，采用串行接口芯片，通过译码器74AHC138进行片选，利用单片计算机的普通I/O口模拟串行口实现与各芯片的数据传输。
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